JP2018098832A - モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】モータ回転状態の変化によるモータ電流の変動を抑制可能なモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】q軸フィードバック制御部62は、電流指令値Iq*と電流検出値Iqとに基づいて、電圧指令値Vq*を演算する。基本補正電圧演算部56は、回転角検出部45の検出値に基づいて演算される回転角加速度ωdotに応じた基本電圧補正値Vaを演算する。実施判断部57は、電圧指令値Vq*を補正する電圧補正処理を行うか否かを判定し、基本電圧補正値Vaに応じた電圧補正値Va*を出力する。電圧補正部63は、電圧補正値Va*に基づき、電圧指令値Vq*を補正する。前回補正電圧出力部58は、電圧補正値Va*の前回値である前回電圧補正値Va*(n−1)を、q軸フィードバック制御部62にフィードバックする。これにより、モータ80の電流変動を適切に抑制することができる。【選択図】 図3

Description

本発明は、モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング装置が知られている。例えば特許文献1では、モータの急停止状態が生じる端当てを判定し、端当て状態と判定された場合、電流指令値を、端当て状態と判定される直前の電流指令値または電流検出値にホールドすることで、操舵系に係る負荷を低減している。
特開2008−137486号公報
しかしながら、特許文献1では、端当てと判定される直前の電流検出値が上限値に達していた場合や、端当てと判定される直前の電流検出値と電流指令値とが略等しかった場合、電流指令値が抑制されず、操舵系に係る負荷を低減できない。また、端当て状態を判定する必要があるので、端当てが発生した後にしか電流指令値を抑制することができず、十分な負荷低減効果が期待できない可能性がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ回転状態の変化によるモータ電流の変動を抑制可能なモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明のモータ制御装置は、コイル(81、86、87)を有するモータ(80、85)を制御するものであって、インバータ回路(20、120、220)と、電流検出部(30、130、230)と、回転角検出部(45)と、制御部(50、70、71、72)と、を備える。
インバータ回路は、スイッチング素子(21〜26)を有する。
電流検出部は、コイルに流れる電流を検出する。回転角検出部は、モータの回転角を検出する。
制御部は、スイッチング素子を制御することで、モータの駆動を制御する。
制御部は、電圧指令値演算部(62、162、262、362)、基本補正電圧演算部(56)、実施判断部(57、157、257、357)、電圧補正部(63、163、263)、および、前回補正電圧出力部(58、158、258、358)を有する。
電圧指令値演算部は、電流指令値と、電流検出部から取得される検出値に基づく値である電流検出値とに基づいて電圧指令値を演算する。
基本補正電圧演算部は、回転角検出部の検出値に基づいて演算される回転角加速度に応じた基本電圧補正値を演算する。
実施判断部は、電圧指令値を補正する電圧補正処理を行うか否かを判断し、基本電圧補正値に応じた電圧補正値を出力する。
電圧補正部は、電圧補正値に基づき、電圧指令値を補正する。
前回補正電圧出力部は、電圧補正値の前回値を、電圧指令値演算部にフィードバックする。
これにより、モータ回転状態の変化によるモータ電流の変動を適切に抑制することができる。
本発明の第1実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。 本発明の第1実施形態によるモータ制御装置を説明する回路図である。 本発明の第1実施形態による制御部を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態によるq軸フィードバック制御部を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態による電圧補正値演算処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による実施ゲインを説明するタイムチャートである。 本発明の第1実施形態による電圧補正値の上下限ガード処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第1実施形態による電圧補正処理を説明するタイムチャートである。 電圧補正処理を行わない場合を説明するタイムチャートである。 回転角速度を用いて演算される電圧補正値を用いた電圧補正処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第2実施形態による制御部を説明するブロック図である。 本発明の第3実施形態による制御部を説明するブロック図である。 本発明の第4実施形態による制御部を説明するブロック図である。
以下、本発明によるモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図10に基づいて説明する。
図1に示すように、モータ制御装置1は、モータ80とともに、運転者によるステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置8に適用される。
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、運転者がステアリングホイール91を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。
ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部としての減速ギア89、および、モータ制御装置1等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。すなわち本実施形態では、ステアリングシャフト92が「駆動対象」に対応するが、ラック軸97等を「駆動対象」としてもよい、ということである。
図1および図2に示すように、モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助する補助トルクを出力するものであって、電源としてのバッテリ5から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであって、いずれも図示しないロータおよびステータを有する。ステータには、コイル81が巻回される。コイル81は、U相コイル811、V相コイル812およびW相コイル813からなる。
図2に示すように、モータ制御装置1は、電源入力回路10、インバータ回路20、電流検出部30、電圧検出部40、回転角検出部45、温度検出部47、および、制御部50等を備える。
電源入力回路10は、電源遮断部11、および、コンデンサ12を有し、バッテリ5とインバータ回路20との間に設けられる。
電源遮断部11は、バッテリ5からインバータ回路20側への電力供給を遮断可能である。コンデンサ12は、バッテリ5およびインバータ回路20と並列に接続される。コンデンサ12は、電荷を蓄えることで、インバータ回路20への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。
インバータ回路20は、6つのスイッチング素子21〜26を有し、モータ80への電力を変換する。以下、「スイッチング素子」を「SW素子」と記載する。SW素子21〜23は高電位側に接続され、SW素子24〜26は低電位側に接続される。対になるU相のSW素子21、24の接続点には、U相コイル811の一端が接続される。対になるV相のSW素子22、25の接続点には、V相コイル812の一端が接続される。対になるW相のSW素子23、26の接続点には、W相コイル813の一端が接続される。U相コイル811、V相コイル812およびW相コイル813の他端は結線される。
本実施形態のSW素子21〜26は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等であってもよい。
電流検出部30は、電流検出素子31、32、33を有する。本実施形態の電流検出素子31〜33は、シャント抵抗である。
U相電流検出素子31は、SW素子24の低電位側に接続され、U相コイル811に流れるU相電流Iuを検出する。U相電流検出素子31の両端電圧は、U相電流Iuに係る検出値として、制御部50に出力される。
V相電流検出素子32は、SW素子25の低電位側に接続され、V相コイル812に流れるV相電流Ivを検出する。V相電流検出素子32の両端電圧は、V相電流Ivに係る検出値として、制御部50に出力される。
W相電流検出素子33は、SW素子26の低電位側に接続され、W相コイル813に流れるW相電流Iwを検出する。W相電流検出素子33の両端電圧は、W相電流Iwに係る検出値として、制御部50に出力される。
電圧検出部40は、電源遮断部11と高電位側のSW素子21〜23との間に接続され、インバータ回路20に入力される電圧であるインバータ入力電圧V_invを検出する。電圧検出部40の検出値は、制御部50に出力される。
回転角検出部45は、モータ80の回転角θを検出し、検出値を制御部50に出力する。
温度検出部47は、例えばサーミスタ等であって、モータ制御装置1の内部温度Tmpを検出し、検出値を制御部50に出力する。本実施形態では、内部温度Tmpは、インバータ回路20の温度とする。温度検出部47は、例えば、SW素子21〜26が放熱可能に設けられているヒートシンクに設けられる。温度検出部47の設置箇所は、モータ制御装置1の内部温度Tmpを検出可能ないずれの箇所に設けてもよい。
制御部50は、マイコンを主体として構成される。制御部50における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
図3に示すように、制御部50は、AD変換部51〜53、3相2相座標変換部54、微分演算部55、基本補正電圧演算部56、実施判断部57、前回補正電圧出力部58、q軸減算部61、q軸フィードバック制御部62、電圧補正部63、d軸減算部64、d軸フィードバック制御部65、2相3相座標変換部66、および、PWM制御器67等を備える。
AD変換部51〜53は、それぞれ、電流検出素子31〜33により検出される相電流Iu、Iv、Iwの検出値をAD変換し、3相2相座標変換部54に出力する。以下、デジタル変換後の値を、電流検出値Iu、Iv、Iwとする。
3相2相座標変換部54は、相電流Iu、Iv、Iwを、電気角θeに基づいてdq変換し、d軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqを演算する。
微分演算部55は、回転角θを1回微分し、回転角速度ωを演算する。また、微分演算部55は、回転角θを2回微分し、回転角加速度ωdotを演算する。
基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdotに基づき、基本電圧補正値Vaを演算する。
実施判断部57は、電圧補正値Va*によるq軸電圧指令値Vq*の補正を行うか否かを判定し、判定結果に応じた電圧補正値Va*を出力する。実施判断部57には、q軸電流指令値Iq*およびq軸電流検出値Iqが入力される。また、実施判断部57には、モータ80の回転速度に係る情報として、回転角速度ωおよび回転角加速度ωdotの少なくとも一方が入力される。本実施形態では、実施判断部57に回転角加速度ωdotが入力されるものとして説明する。
電圧補正処理の要否の判定および電圧補正値Va*の演算の詳細は、後述する。
前回補正電圧出力部58は、電圧補正値Va*の前回値である前回電圧補正値Va*(n−1)をq軸フィードバック制御部62に出力する。以下適宜、前回値には添え字(n−1)を付し、今回値には添え字を付さずに記載する。
q軸減算部61は、トルク指令値trq*等に応じて演算されるq軸電流指令値Iq*とq軸電流検出値Iqとの偏差であるq軸電流偏差ΔIqを演算する。
q軸フィードバック制御部62は、PI演算等により、q軸電圧指令値Vq*を演算する。図4に示すように、q軸フィードバック制御部62は、P項制御量演算部621、I項制御量演算部622、前回指令電圧出力部623、および、加算器625を有する。
P項演算部621は、q軸電流偏差ΔIqに基づくP演算により、P項制御量Cpを演算する。
I項演算部622は、q軸電流偏差ΔIqに基づくI演算により、I項制御量Ciを演算する。
前回指令電圧出力部623は、q軸電圧指令値Vq*の前回値である前回電圧指令値Vq*(n−1)を、加算器625に出力する。
加算器625は、前回電圧指令値Vq*(n−1)に、P項制御量Cp、I項制御量Ci、および、前回電圧補正値Va*(n−1)を加算し、q軸電圧指令値Vq*を演算する。
図3に戻り、電圧補正部63は、q軸電圧指令値Vq*を電圧補正値Va*にて補正し、補正後q軸電圧指令値Vq**を演算する。本実施形態の電圧補正部63は、加算器であって、q軸電圧指令値Vq*に電圧補正値Va*を加算した値を補正後q軸電圧指令値Vq**とする。
d軸減算部64は、d軸電流指令値Id*とd軸電流検出値Idとの偏差であるd軸電流偏差ΔIdを演算する。
d軸フィードバック制御部65は、PI演算等により、d軸電圧指令値Vd*を演算する。
2相3相座標変換部66は、d軸電圧指令値Vd*および補正後q軸電圧指令値Vq**を、電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算する。
PWM制御器67は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vwをデューティ変換し、PWM制御により、スイッチング素子21〜26のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、インバータ回路20に出力される。
電圧補正値演算処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップについても同様である。
最初のS101では、基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdot、および、内部温度Tmpを取得する。
S102では、基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdotに対してローパスフィルタ処理を行い、フィルタ後回転角加速度ωdot_lpfを演算する。フィルタ処理は、回転角θの1回微分値である回転角速度ωに対して行ってもよいし、電圧補正値Va*に対して行ってもよい。以下、ローパスフィルタを「LPF」とする。
S103では、基本補正電圧演算部56は、内部温度Tmpに基づき、換算係数Keを演算する。換算係数Keは、内部温度Tmpに基づき、マップ演算される。また、マップ演算に替えて、一次式または多項式に基づいて換算係数Keを演算してもよい。
S104では、基本補正電圧演算部56は、基本電圧補正値Vaを演算する。基本電圧補正値Vaは、式(1)で演算される。
Va=Ke×ωdot_lpf ・・・(1)
S105では、実施判断部57は、q軸電流指令値Iq*、および、q軸電流検出値Iqを取得する。
S106では、実施判断部57は、電圧補正値Va*による電圧補正処理を行うか否かを判断する。
本実施形態では、以下の(i)〜(iii)のいずれかが成立する場合、電圧補正処理を行うと判定する。また、(i)〜(iii)が全て成立する場合に電圧補正処理を行うと判定してもよい。また、(i)〜(iii)の一部を省略してもよい。なお、実施判定に用いないパラメータの取得は、省略してもよい。後述の実施形態における実施判断部についても同様である。
(i)q軸電流検出値Iqの絶対値が、所定の電流判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。q軸電流検出値Iqに替えて、q軸電流指令値Iq*を用いてもよい。
(ii)q軸電流検出値Iqとq軸電流指令値Iq*との差の絶対値が、所定の差分判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。
(iii)回転角加速度ωdotが所定の回転速度判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。回転角加速度ωdotに替えて、回転角速度ωに基づいて判断してもよいし、回転角加速度ωdotおよび回転角速度ωをともに用いて判定してもよい。また、回転角加速度ωdotや回転角速度ωに替えて、電気角速度や電気角加速度、または、操舵速度など、モータ80の回転速度と比例する値を用いてもよい。
電圧補正値Va*による電圧補正処理を行うと判断された場合(S106:YES)、S107へ移行する。電圧補正値Va*による電圧補正処理を行わないと判断された場合(S106:NO)、S108へ移行する。
S107では、実施判断部57は、前回と比較し、実施ゲインGを増加させる。また、前回の実施ゲインGが1であれば、G=1を継続する。
S108では、実施判断部57は、前回と比較し、実施ゲインGを減少させる。また、前回の実施ゲインGが0であれば、G=0を継続する。
ここで、実施ゲインGを図6に基づいて説明する。
図6(a)は、実施判定結果を示しており、電圧補正処理を行うと判定された場合を「ON」、行わないと判定された場合を「OFF」とする。また、図6(b)〜(e)は、実施ゲインGのバリエーションを示している。
図6(b)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、即時に実施ゲインG1を1としている。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、即時に実施ゲインG1を0としている。
図6(c)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、一定割合にて実施ゲインG2を1まで増加させる。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、一定割合にて実施ゲインG2を0まで減少させる。
図6(d)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、LPF処理を行い、実施ゲインG3を1まで増加させる。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、LPF処理を行い、実施ゲインG2を0まで減少させる。
図6(e)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、二次関数にて実施ゲインG4を1まで増加させる。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、図6(d)と同様、LPF処理を行い、実施ゲインG3を0まで減少させる。
また、例えば、電圧補正処理を行うと判定された場合に図6(c)のように一定割合での増加とし、電圧補正処理を行わないと判定された場合に図6(d)のようにLPF処理を行う、といった具合に、実施ゲインGを増加させる側と減少させる側とで、図6(b)〜(e)を組み合わせるようにしてもよい。以下、実施ゲインGは、図6(b)に示す実施ゲインG1であるものとして説明する。
図5に戻り、S109では、実施判断部57は、電圧補正値Va*を演算する。電圧補正値Va*は、式(2)により演算される。
Va*=Va×G ・・・(2)
S110では、実施判断部57は、電圧補正値Va*の上下限ガード処理を行う。図7に示すように、上下限ガード処理では、ガード前の電圧補正値Va*が上限ガード値Grd_Hより大きい場合、電圧補正値Va*を上限ガード値Grd_Hとする。また、ガード前の電圧補正値Va*が下限ガード値Grd_Lより小さい場合、電圧補正値Va*を下限ガード値Grd_Lとする。以下、上下限ガード処理後の値を、単に、電圧補正値Va*とする。なお、本実施形態では、電圧補正値Va*に対して上下限ガード処理を行っているが、回転角加速度ωdotに対して上下限ガード処理を行った場合についても、「電圧補正値は、上下限ガード処理がなされている」という概念に含まれるものとする。
本実施形態の電圧補正処理を図8〜図10のタイムチャートに基づいて説明する。図8〜図10は、それぞれ、共通時間軸を横軸とし、(a)が回転角速度ω、(b)がq軸電流、(c)が実施ゲイン、(d)が補正後q軸電圧指令値Vq**を示す。なお、図9は、電圧補正を行わない例であるが、便宜上、実施ゲインG=0とし、電圧指令値Vq*を補正後q軸電圧指令値Vq**とした。また、図8(d)は、回転角加速度ωdotに基づく電圧補正値Va*であり、図10(d)は、回転角速度ωに基づく電圧補正値Va*_cである。図9は、電圧補正処理を行わない場合の参考例であり、図10は、回転角加速度ωdotに替えて、回転角速度ωを用いて電圧補正値を演算する参考例である。
図9(a)に示すように、モータ80が急停止し、時刻x1にて回転角速度ωが減少すると、逆起電圧の影響によりq軸電流がオーバーシュートする。また、フィードバック制御の応答遅れにより、q軸電圧指令値Vq**の変化に時間がかかり、結果として、実電流であるq軸電流検出値Iqがq軸電流指令値Iq*に収束するのに比較的長い時間を要する。また、q軸電流のオーバーシュートにより、操舵系に負荷がかかる。
例えば特許文献1では、モータの端当て状態となった場合には、端当て状態と判定される直前の電流指令値または電流検出値にホールドすることで、操舵系に係る負荷を低減させている。しかしながら、端当て状態と判定される直前の電流が、すでに上限に達していた場合や、電流指令値と電流検出値とが略等しい場合、電流指令値が抑制されず、操舵系の負荷を低減できない。
また、回転速度に応じた逆起電圧をフィードフォワード的に補償する場合、例えば回転角センサの誤差等、回転速度を検出する際に生じる誤差や、モータの回転に伴う逆起電圧の歪み等の影響により、実際には理論上の値とは乖離し、電流変動を生じる虞がある。電流変動が生じると、本実施形態のように、モータ制御装置1を電動パワーステアリング装置8に適用した場合、操舵フィーリングの悪化を招く虞がある。
さらにまた、図10は、回転角加速度ωdotに替えて、回転角速度ωに基づいて演算される電圧補正値Va*_cを用いてq軸電圧指令値Vq*を補正し、補正後q軸電圧指令値Vq**_cを演算する例である。上述したように、定常時においては、操舵フィーリングの観点から、逆起電圧による補正処理を行わない方が好ましい。ここで、図10に示すように、回転角速度ωに基づいて電圧補正値Va*_cを演算すると、時刻x2にて電圧補正処理を行うと判定された直後、補正後q軸電圧指令値Vq**が電圧を高める側に補正され、補正を行わない場合よりもq軸電流のオーバーシュート量が大きくなってしまう。
そこで本実施形態では、図8に示すように、回転角加速度ωdotに基づいて電圧補正値Va*を演算している。これにより、時刻x2にて、電圧補正処理を行っていない状態から、電圧補正処理を行う状態に切り替わった際に、電圧を下げる方向に電圧指令値Vq*を速やかに補正することができる。
また、本実施形態では、前回補正電圧出力部58を経由して、前回電圧補正値Va*(n−1)をq軸フィードバック制御部62に入力している。これにより、フィードバック制御を繰り返していくことで、電圧補正値Va*が積算されていくことになる。電圧補正値Va*が回転角速度ωの微分値である回転角加速度ωdotに基づく値であることに鑑みれば、電圧補正値Va*を積算していくことで、モータ理論式における逆起電圧に係る項(すなわち、Ke×ω)にてq軸電圧指令値Vq*を補正するのと同等の効果を得ることができる。
本実施形態では、電圧補正処理を要すると判定された時刻x2から時刻x3の間、電圧補正処理を行う。換言すると、定常時には電圧補正処理が行われない。これにより、定常時の操舵フィーリングを悪化させることなく、モータ80が急停止した際、逆起電圧による電流のオーバーシュートを確実に抑制することができ、操舵系にかかる負荷を低減することができる。
本実施形態では、モータ80が急停止する場合についてを説明したが、急加速される場合等も同様に、電流変動を抑制可能である。
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置1は、コイル81を有するモータ80を制御するものであって、インバータ回路20と、電流検出部30と、回転角検出部45と、制御部50と、を備える。
インバータ回路20は、スイッチング素子21〜26を有する。
電流検出部30は、コイル81に流れる電流を検出する。
回転角検出部45は、モータ80の回転角θを検出する。
制御部50は、SW素子21〜26を制御することで、モータ80の駆動を制御する。制御部50は、q軸フィードバック制御部62、基本補正電圧演算部56、実施判断部57、電圧補正部63、および、前回補正電圧出力部58を有する。
q軸フィードバック制御部62は、電流指令値Iq*と、電流検出部30から取得される検出値に基づく値である電流検出値Iqとに基づいて、電圧指令値Vq*を演算する。
基本補正電圧演算部56は、回転角検出部45の検出値に基づいて演算される回転角加速度ωdotに応じた基本電圧補正値Vaを演算する。
実施判断部57は、電圧指令値Vq*を補正する電圧補正処理を行うか否かを判定し、基本電圧補正値Vaに応じた電圧補正値Va*を出力する。
電圧補正部63は、電圧補正値Va*に基づき、電圧指令値Vq*を補正する。
前回補正電圧出力部58は、電圧補正値Va*の前回値である前回電圧補正値Va*(n−1)を、q軸フィードバック制御部62にフィードバックする。
本実施形態では、電圧補正処理を行うと判断された場合、電圧補正値Va*を回転角加速度ωdotに基づいて演算するとともに、前回電圧補正値Va*(n−1)をq軸フィードバック制御部62にフィードバックしている。これにより、モータ80の回転状態の変化によるモータ80の電流変動を適切に抑制することができる。
また、電圧補正処理が不要である場合には、電圧補正処理を行わないようにしているので、フィードフォワード的に逆起電圧を常時補正する場合と比較し、電圧補正処理を行わない場合において、逆起電圧の歪みに等による電流変動を抑制することができる。
実施判断部57は、電流指令値Iq*および電流検出値Iqの少なくとも一方に基づき、電圧補正処理を行うか否かを判定する。具体的には、電流指令値Iq*および電流検出値Iqの少なくとも一方の絶対値が電流判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。これにより、電流のオーバーシュートによる過電流を適切に抑制することができる。
実施判断部57は、電流指令値Iq*と電流検出値Iqとの差に基づき、電圧補正処理を行うか否かを判定する。具体的には、電流指令値Iq*と電流検出値Iqとの差の絶対値が差分判定閾値より大きいと判断された場合、電圧補正処理を行うと判定する。これにより、電流検出値Iqを、速やかに電流指令値Iq*に収束させることができる。
実施判断部57は、モータ80の回転速度に関する情報に基づき、電圧補正処理を行うか否かを判定する。回転速度に関する情報には、回転角加速度ωdot、および、回転角速度ω等が含まれる。具体的には、回転角加速度ωdotおよびモータ80の回転速度の少なくとも一方が回転状態判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。これにより、モータ80の回転状態の急変時における電流変動を適切に抑制することができる。
実施判断部57は、電圧補正処理の要否判定結果に応じた実施ゲインG、および、基本電圧補正値Vaに基づき、電圧補正値Va*を演算して出力する。実施ゲインGを用いることで、要求に応じた適切な電圧補正値Va*を演算することができる。
電圧補正値Va*は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である。ここで、電圧補正値Va*のフィルタ処理に限らず、電圧補正値Va*の演算に用いられる値のいずれをフィルタ処理した場合についても、「電圧補正値Va*は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である」という概念に含まれるものとする。これにより、電圧補正値Va*の急変を抑制することができる。
電圧補正値Va*は、下限ガード値Grd_L以上、上限ガード値Grd_H以下となるように、上下限ガード処理がなされている。これにより、q軸電圧指令値Vq*が過剰に補正されるのを防ぐことができる。
モータ制御装置1は、内部温度Tmpを検出する温度検出部47をさらに備える。
電圧補正値Va*は、内部温度Tmpに応じて可変である。詳細には、基本補正電圧演算部56における換算係数Keを内部温度Tmpに応じて可変としている。これにより、内部温度Tmpに応じた適切な電圧補正値Va*を演算することができる。
本実施形態のモータ制御装置1は、電動パワーステアリング装置8に適用される。電動パワーステアリング装置8は、モータ制御装置1と、モータ80と、減速ギア89と、を備える。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助するアシストトルクを出力する。
減速ギア89は、モータ80の駆動力をステアリングシャフト92に伝達する。
本実施形態のモータ制御装置1では、モータ80の回転状態の急変時における電流変動が抑制されるので、モータ80の急停止時等における操舵系にかかる負荷を適切に抑制することができる。
本実施形態では、q軸フィードバック制御部62が「電圧指令値演算部」に対応する。また、q軸電流指令値Iq*が「電流指令値」、q軸電流検出値Iqが「電流検出値」、q軸電圧指令値Vq*が「電圧指令値」に対応する。後述の実施形態においても、「電流指令値」、「電流検出値」および「電圧指令値」は、q軸に係る値とする。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図11に示す。
本実施形態のモータ85は、2組のコイル86、87を有する。コイル86、87は、それぞれ、第1実施形態のコイル81と同様のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなる。
第1インバータ回路120は、第1コイル86に対応して設けられ、第2インバータ回路220は、第2コイル87に対応して設けられる。
以下、第1インバータ回路120および第1コイル86の組み合わせを第1系統とし、第2インバータ回路220および第2コイル87の組み合わせを第2系統とする。以下、第1系統の制御に係る構成を100番台、第2系統の制御に係る構成を200番台で符番する。また、下2桁が第1実施形態に係る構成の符番と同じであれば、同様の処理を行うものであるので、適宜説明を省略する。また、第1q軸電流検出値Iq1、および、第2q軸電流検出値Iq2といった具合に、適宜、第1系統に係る値の名称には「第1」、第2系統に係る値の名称には「第2」を付し、第1系統に係る値には添え字の「1」、第2系統に係る値には添え字の「2」を付す。
第1電流検出部130は、第1系統の各相電流Iu1、Iv1、Iw2を検出する電流検出素子131〜133を有する。
第2電流検出部230は、第2系統の各相電流Iu2、Iv2、Iw2を検出する電流検出素子231〜233を有する。
制御部70は、微分演算部55、基本補正電圧演算部56、実施判断部157、257、前回補正電圧出力部158、258、q軸フィードバック演算部162、262、および、電圧補正部163、263等を備える。
第1d軸電流検出値Id1および第1q軸電流検出値Iq1は、第1電流検出部130により検出される相電流Iu1、Iv1、Iw1に基づいて演算される。また、d軸電流指令値Id1*とd軸電流検出値Id1との偏差ΔId1に基づいてd軸電圧指令値Vd1*が演算され、q軸電流指令値Iq1*とq軸電流検出値Iq1との偏差ΔIq1に基づいてq軸電圧指令値Vq1*が演算される。
同様に、第2d軸電流検出値Id2および第2q軸電流検出値Iq2は、第2電流検出部230により検出される相電流Iu2、Iv2、Iw2に基づいて演算される。また、d軸電流指令値Id2*とd軸電流検出値Id2との偏差ΔId2に基づいてd軸電圧指令値Vd2*とd軸電流検出値Id2との偏差ΔId2に基づいてd軸電圧指令値Vd2*が演算され、q軸電流指令値Iq2*とq軸電流検出値Iq2との偏差ΔIq2とに基づいてq軸電圧指令値Vq2*が演算される。
微分演算部55および基本補正電圧演算部56は、上記実施形態と同様であって、基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdotに基づき、基本電圧補正値Vaを演算する。
本実施形態では、実施判断部157、257は、系統ごとに設けられている。
第1実施判断部157は、第1q軸電流検出値Iq1、第1q軸電流指令値Iq1*と第1q軸電流検出値Iq1との差の絶対値、もしくは、回転角加速度ωdotの少なくとも1つに基づき、電圧補正処理の要否判断を行う。また、電圧補正処理の要否判断に応じた第1電圧補正値Va1*を演算する。電圧補正処理の要否判断や第1電圧補正値Va1*の演算は、第1実施形態の電圧補正値Va*と同様である。
第1前回補正電圧出力部158は、第1電圧補正値Va1*の前回値である前回電圧補正値Va1*(n−1)を、第1q軸フィードバック演算部162に出力する。
第1電圧補正部163では、第1q軸電圧指令値Vq1*に第1電圧補正値Va1*を加算し、第1補正後q軸電圧指令値Vq1**を演算する。
第2実施判断部257は、第2q軸電流指令値Iq2*および第2q軸電流検出値Iq2の少なくとも一方、第2q軸電流指令値Iq2*と第2q軸電流検出値との差の絶対値、もしくは、回転角加速度ωdotまたは回転角速度ωの少なくとも1つに基づき、電圧補正処理の要否判断を行う。また、電圧補正処理の要否判断に応じた第2電圧補正値Va2*を演算する。電圧補正処理の要否判断や第2電圧補正値Va2*の演算は、第1実施形態の電圧補正値Va*と同様である。
第2前回補正電圧出力部258は、第2電圧補正値Va2*の前回値である前回電圧補正値Va2*(n−1)を、第2q軸フィードバック演算部262に出力する。
第2電圧補正部263は、第2q軸電圧指令値Vq2*に第2電圧補正値Va2*を加算し、第2補正後q軸電圧指令値Vq2**を演算する。
モータ85は、複数のコイル86、87を有している。また、インバータ回路120、20は、それぞれのコイルに対応して設けられている。具体的には、第1コイル86に対応して第1インバータ回路120が設けられ、第2コイル87に対応して第2インバータ回路220が設けられる。
複数系統とすることで、一方の系統に異常が生じた場合であっても、他方の系統にてモータ85の駆動を継続することができる。
ここで、対応して設けられるコイル86、87と、インバータ回路120、220との組み合わせを系統とする。
実施判断部157、257は、系統ごとに設けられ、対応する系統の電流指令値Iq1*、Iq2*、対応する系統の電流検出値Iq1、Iq2、および、モータ85の回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、電圧補正処理を行うか否かを判定する。これにより、電圧補正処理の要否を、系統ごとに適切に判定することができる。
q軸フィードバック制御部162、262は、系統ごとに設けられる。また、前回補正電圧出力部158、258は、それぞれの系統に係る前回電圧補正値Va1*(n−1)、Va2*(n−1)を、対応するq軸フィードバック制御部162、262にフィードバックする。すなわち、第1前回補正電圧出力部158は、第1系統に係る前回電圧補正値Va1*(n−1)を、第1q軸フィードバック制御部162にフィードバックする。また、第2前回補正電圧出力部258は、第2系統に係る前回電圧補正値Va2*(n−1)を、第2q軸フィードバック制御部262にフィードバックする。
これにより、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を、系統ごとに適切に演算することができる。
本実施形態では、q軸フィードバック制御部162、262が「電圧指令値演算部」に対応する。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図12に示す。
本実施形態は、第2実施形態と同様、モータ85がコイル86、87を有し、第1コイル86に対応して第1インバータ回路120が設けられ、第2コイル87に対応して第2インバータ回路220が設けられる。また、本実施形態では、2系統の電流和を制御している。第4実施形態も同様である。以下、電流和の制御に係る構成を300番台で符番し、下2桁が第1実施形態に係る構成の符番と同じであれば、同様の処理を行うものであるので、適宜説明を省略する。
図12に示すように、制御部71は、微分演算部55、基本補正電圧演算部56、実施判断部357、前回補正電圧出力部358、補正電圧加算器359、電流加算器351、352、q軸減算器361、q軸フィードバック制御部362、d軸減算器364、d軸フィードバック制御部365、電圧補正部163、263等を備える。
q軸電流加算器351は、第1q軸電流検出値Iq1と第2q軸電流検出値Iq2とを加算し、q軸電流和Iq_sを演算する。
d軸電流加算器352は、第1d軸電流検出値Id1と第2d軸電流検出値Id2とを加算し、d軸電流和Id_sを演算する。
q軸減算器361は、q軸電流指令値Iq_s*とq軸電流和Iq_sとの偏差を演算する。本実施形態では、q軸電流指令値Iq_s*とq軸電流和Iq_sとの偏差を、q軸電流偏差ΔIqとする。本実施形態では、q軸電流指令値Iq_s*は、2系統の電流和に係る指令値である。d軸電流指令値Id_s*も同様である。
q軸フィードバック制御部362は、第1q軸電圧指令値Vq1*および第2q軸電圧指令値Vq2*を演算する。q軸フィードバック制御部362では、第1実施形態のq軸フィードバック制御部62と同様の演算を行い、q軸電圧指令値Vq_s*を演算する。また、q軸電圧指令値Vq_s*は、2系統の和に相当する。本実施形態では、第1q軸電圧指令値Vq1*と第2q軸電圧指令値Vq2*とが等しいものとし、q軸フィードバック制御部362は、(1/2)×Vq_s*をVq1*、Vq2*として出力する。第1電圧補正部168に出力される値を第1q軸電圧指令値Vq1*とし、第2電圧補正部268に出力される値を第2q軸電圧指令値Vq2*とする。なお、第1q軸電圧指令値Vq1*と第2q軸電圧指令値Vq2*とが異なる値となるように、q軸電圧指令値Vq_s*を振り分けてもよい。d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*についても同様である。
d軸減算器364は、d軸電流指令値Id_s*とd軸電流和Id_sとの偏差を演算する。本実施形態では、d軸電流指令値Id_s*とd軸電流和Id_sとの偏差を、d軸電流偏差ΔIdとする。
d軸フィードバック制御部365は、第1d軸電圧指令値Vd1*および第2d軸電圧指令値Vd2*を演算する。d軸フィードバック制御部365では、第1実施形態のd軸フィードバック制御部65と同様の演算を行う。また、q軸の電圧指令と同様、第1d軸電圧指令値Vd1*と第2d軸電圧指令値Vd2*とが等しいものとし、d軸フィードバック制御部365は、d軸電圧指令値Vd_s*の(1/2)の値をVd1*、Vd2*として出力する。第1の2相3相座標変換部166に出力される値を第1d軸電圧指令値Vd1*とし、第2の2相3相座標変換部266に出力される値を第2d軸電圧指令値Vd2*とする。
制御部71には、1つの実施判断部357が設けられる。実施判断部357には、q軸電流指令値Iq_s*、q軸電流和Iq_s、および、回転角加速度ωdotが入力される。実施判断部357では、第1実施形態におけるq軸電流検出値Iqに替えて、q軸電流和Iq_sを用いて、電圧補正処理の要否判断を行う。また、電流指令値を用いる場合、第1実施形態におけるq軸電流指令値Iq*に替えて、q軸電流指令値Iq_s*を用いる。電圧補正処理の要否判定の詳細は、第1実施形態と同様である。
上述の通り、本実施形態では、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*が等しいので、実施判断部357は、2系統合計で補正すべき電圧補正値Va*の(1/2)の値を、電圧補正値Va1*、Va2*とし、電圧補正部168、268に出力する。なお、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を異ならせる場合には、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*に応じて電圧補正値Va*を振り分けて、第1電圧補正値Va1*および第2電圧補正値Va2*としてもよい。
補正電圧加算器359は、実施判断部357から第1電圧補正部168に出力された値と、第2電圧補正部268に出力された値とを加算する。ここで演算される値は、2系統合計で補正すべき電圧補正値Va*となる。
前回補正電圧出力部358は、電圧補正値Va*の前回値を、q軸フィードバック制御部362に出力する。
第1電圧補正部163では、第2実施形態と同様、第1q軸電圧指令値Vq1*に第1電圧補正値Va1*を加算し、補正後第1q軸電圧指令値Vq**を演算する。
第2電圧補正部263では、第2実施形態と同様、第2q軸電圧指令値Vq2*に第2電圧補正値Va2*を加算し、補正後第2q軸電圧指令値Vq2**を演算する。
実施判断部357は、複数の系統に対して1つ設けられ、複数系統の電流和に係る電流指令値Iq*、複数の系統の電流検出値の和であるq軸電流和Iq_s、および、モータ85の回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、電圧補正処理を行うか否かを判定する。これにより、電流和に応じて、電圧補正処理の要否を適切に判定することができる。
q軸フィードバック制御部362は、複数の系統の電流和であるq軸電流和Iq_sに基づいて、電圧補正値Va1*、Va2*を演算する。また、前回補正電圧出力部358は、それぞれの系統に係る電圧補正値Va1*、Va2*の和の前回値を、q軸フィードバック制御部362にフィードバックする。
これにより、電流和に基づき、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を適切に演算することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、q軸フィードバック制御部362が「電圧指令値演算部」に対応する。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図13に示す。
図13に示すように、制御部72は、微分演算部55、基本補正電圧演算部56、実施判断部157、257、前回補正電圧出力部358、補正電圧加算器359、電流加算器351、352、q軸減算器361、q軸フィードバック制御部362、d軸減算器364、d軸フィードバック制御部365、電圧補正部163、263等を備える。
すなわち、本実施形態では、電圧指令値Vd1*、Vq1*、Vd2*、Vq2*は、第3実施形態と同様、電流和に基づいて演算される。
実施判断部157、257は、第2実施形態と同様、系統ごとに設けられており、電圧補正値Va1、Va2は、系統ごとに演算される。また、補正電圧加算器359は、電圧補正値Va1、Va2を加算し、前回補正電圧出力部358は、電圧補正値Va1、Va2の和の前回値を、q軸フィードバック制御部362に出力している。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(他の実施形態)
上記実施形態では、q軸電圧指令値に対して電圧補正処理を行う。他の実施形態では、q軸電圧指令値に替えて、デューティ換算後の値に対して電圧補正処理を行ってもよい。また、q軸以外の電圧指令値に対して電圧補正処理を行ってもよい。
上記実施形態では、フィードバック制御部では、PI演算により電圧指令値を演算する。他の実施形態では、フィードバック制御部における電圧指令値の演算は、PI演算に限らず、P演算やPID演算等、どのような演算としてもよい。
上記実施形態では、系統数は1または2である。他の実施形態では、系統数を3以上としてもよい。
上記実施形態では、モータ制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機制御装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
1・・・モータ制御装置
20、120、220・・・インバータ回路
30、130、230・・・電流検出部
45・・・回転角検出部
50、70、71、72・・・制御部
56・・・基本補正電圧演算部
57、157、257、357・・・実施判断部
58、158、258、358・・・前回補正電圧出力部
62、162、262、362・・・q軸フィードバック制御部(電圧指令値演算部)
63、163、263・・・電圧補正部

Claims (14)

  1. コイル(81、86、87)を有するモータ(80、85)を制御するモータ制御装置であって、
    スイッチング素子(21〜26)を有するインバータ回路(20、120、220)と、
    前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部(30、130、230)と、
    前記モータの回転角を検出する回転角検出部(45)と、
    前記スイッチング素子を制御することで前記モータの駆動を制御する制御部(50、70、71、72)と、
    を備え、
    前記制御部は、
    電流指令値と前記電流検出部から取得される検出値に基づく値である電流検出値とに基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算部(62、162、262、362)、
    前記回転角検出部の検出値に基づいて演算される回転角加速度に応じた基本電圧補正値を演算する基本補正電圧演算部(56)、
    前記電圧指令値を補正する電圧補正処理を行うか否かを判定し、前記基本電圧補正値に応じた電圧補正値を出力する実施判断部(57、157、257、357)、
    前記電圧補正値に基づき、前記電圧指令値を補正する電圧補正部(63、163、263)、
    および、前記電圧補正値の前回値を前記電圧指令値演算部にフィードバックする前回補正電圧出力部(58、158、258、358)を有するモータ制御装置。
  2. 前記実施判断部は、前記電流指令値および前記電流検出値の少なくとも一方に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1に記載のモータ制御装置。
  3. 前記実施判断部は、前記電流指令値と前記電流検出値との差に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1または2に記載のモータ制御装置。
  4. 前記実施判断部は、前記モータの回転速度に関する情報に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  5. 前記実施判断部は、前記電圧補正処理の要否判定結果に応じた実施ゲインおよび前記基本電圧補正値に基づき、前記電圧補正値を演算して出力する請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  6. 前記電圧補正値は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  7. 前記モータ(85)は、複数の前記コイル(86、87)を有しており、
    前記インバータ回路(120、220)は、それぞれの前記コイルに対応して設けられていることを請求項1〜6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  8. 対応して設けられる前記コイルと前記インバータ回路との組み合わせを系統とすると、
    前記実施判断部(157、257)は、系統ごとに設けられ、対応する系統の前記電流指令値、対応する系統の前記電流検出値、および、前記モータの回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項7に記載のモータ制御装置。
  9. 前記実施判断部(357)は、複数の系統に対して1つ設けられ、複数の系統の電流和に係る前記電流指令値、複数の系統の前記電流検出値の和、および、前記モータの回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項7に記載のモータ制御装置。
  10. 前記電圧指令値演算部(162、262)は、系統ごとに設けられ、
    前記前回補正電圧出力部(158、258)は、それぞれの系統に係る前記電圧補正値の前回値を、対応する前記電圧指令値演算部にフィードバックする請求項8または9に記載のモータ制御装置。
  11. 前記電圧指令値演算部(362)は、複数の系統の電流和に基づいて前記電圧指令値を演算し、
    前記前回補正電圧出力部(358)は、それぞれの系統に係る前記電圧補正値の和の前回値を、前記電圧指令値演算部にフィードバックする請求項8または9に記載のモータ制御装置。
  12. 前記電圧補正値は、下限ガード値以上、上限ガード値以下となるように、上下限ガード処理がなされている請求項1〜11のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  13. 内部温度を検出する温度検出部(45)をさらに備え、
    前記電圧補正値は、前記内部温度に応じて可変である請求項1〜12のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載のモータ制御装置(1)と、
    運転者による操舵部材(91)の操舵を補助するアシストトルクを出力する前記モータと、
    前記モータの駆動力を駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(89)と、
    を備える電動パワーステアリング装置。
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